网络系统结构与设计的基本原则

网络系统结构与设计的基本原则

计算机网络按地理范围划分为局域网，城域网，广域网；

局域网提高数据传输速率 10mbps-10gbps，低误码率的高质量传输环境 

局域网按介质访问控制方法角度分为共享介质式局域网和交换式局域网 

局域网按传输介质类型角度分为有线介质局域网和无线介质 

局域网早期的计算机网络主要是广域网，分为主计算机与终端（负责数据处理）和通信处理设备与通信电路（负责数据通信处理） 

计算机网络从逻辑功能上分为资源子网和通信子网 

资源子网（计算机系统，终端，外网设备以及软件信息资源): 负责全网数据处理业务，提供网络资源与服务 

通信子网（通信处理控制机—即网络节点，通信线路及其他通信设备）：负责网络数据传输，转发等通信处理任务 网络接入（局域网，无线局域网，无线城域网，电话交换网，有线电视网）

广域网投资大管理困难，由电信运营商组建维护，广域网技术主要研究的是远距离，高服务质量的宽带核心交换技术，用户接入技术由城域网承担。

 广域网典型网络类型和技术：（公共电话交换网PSTN，综合业务数字网ISDN，数字数据网DDN，x.25 分组交换网，帧中继网，异步传输网，GE千兆以太网和10GE光以太网) 

交换局域网的核心设备是局域网交换机 

城域网概念：网络运营商在城市范围内提供各种信息服务，以宽带光传输网络为开放平台，以 TCP/IP 协议为基础 密集波分复用技术的推广导致广域网主干线路带宽扩展

城域网分为核心交换层（高速数据交换），边缘汇聚层（路由与流量汇聚），用户接入层（用户接入和本地流量控制） 

层次结构优点：层次定位清楚，接口开放，标准规范，便于组建管理 

核心层基本功能：(设计重点：可靠性，可扩展性，开放性) 连接汇聚层，为其提供高速分组转发，提供高速安全 QoS 保障的传输环境； 实现主干网络互联，提供城市的宽带 IP 数据出口；提供用户访问 INTERNET 需要的路由服务； 

汇聚层基本功能： 汇聚接入层用户流量，数据分组传输的汇聚，转发与交换；本地路由过滤流量均衡，QoS 优先管理，安全控制，IP 地址转换，流量整形； 把流量转发到核心层或本地路由处理；

组建运营宽带城域网原则：可运营性，可管理性，可盈利性，可扩展性

管理和运营宽带城域网关键技术：带宽管理，服务质量 QoS，网络管理，用户管理，多业务接入，统计与计费，IP 地址分配与地址转换，网络安全

宽带城域网在组建方案中一定要按照电信级运营要求（考虑设备冗余，线路冗余以及系统故障的快速诊断与自我恢复）

服务质量 QoS 技术：资源预留，区分服务，多协议标记转换

管理带宽城域网 3 种基本方案：带内网络管理，带外网络管理，同时使用带内带外网络管理 带内：利用传统电信网络进行网络管理，利用数据通信网或公共交换电话网拨号，对网络设备进行数据配置。

带外：利用 IP 网络及协议进行网络管理，利用网络管理协议建立网络管理系统。对汇聚层及其以上设备采用带外管理，汇聚层一下采用带内管理

宽带城域网要求的管理能力表现在电信级的接入管理，业务管理，网络安全 

网络安全技术方面需要解决物理安全，网络安全和信息安全。 

宽带城域网基本技术与方案（SDH 城域网方案；10GE 城域网方案，基于 ATM 城域网方案）

光以太网由多种实现形式，最重要的有 10GE 技术和弹性分组环技术 

弹性分组环（RPR）：直接在光纤上高效传输 IP 分组的传输技术 标准：IEEE802.17

目前城域网主要拓扑结构：环形结构；核心层有 3—10 个结点的城域网使用环形结构可以简化光纤配置功能：简化光纤配置；解决网络保护机制与带宽共享问题；提供点到多点业务

弹性分组环采用双环结构；RPR 结点最大长度 100km，顺时针为外环，逆时针为内环

RPR 技术特点：（带宽利用率高；公平性好；快速保护和恢复能力强；保证服务质量）

用户接入网主要有三类：计算机网络，电信通信网，广播电视网

接入网接入方式主要为五类：地面有线通信系统，无线通信和移动通信网，卫星通信网，有线电视网和地面广播电视网 

三网融合：计算机网络，电信通信网，电视通信网 

用户接入角度：接入技术（有线和无线），接入方式（家庭接入，校园接入，机关与企业人）

目前宽带接入技术： 数字用户线 XDSL 技术

光纤同轴电缆混合网 HFC 技术

光纤接入技术，

无线接入技术，

局域网技术

无线接入分为无线局域网接入，无线城域网接入，无线 Ad hoc 接入 

局域网标准：802.3  无线局域网接入：802.11 无线城域网：802.16

数字用户线 XDSL 又叫 数字用户环路 ，基于电话铜双绞线高速传输技术 技术分类：

ADSL  非对称数字用户线 速率不对称 1.5mbps/64kbps-5.5km 

RADSL 速率自适应数字用户线 速率不对称 1.5mbps/64kbps-5.5km

HDSL 高比特率数字用户线 速率对称 1.544mbps（没有距离影响）

VDSL 甚高比特率数字用户线   速率不对 51mbps/64kbps(没有影响)

光纤同轴混合网 HFC 是新一代有线电视网

 电话拨号上网速度 33.6kbps—56.6kbps 

有线电视接入宽带，数据传输速率 10mbps—36mbps

电缆调制解调器 Cable modem  专门为利用有线电视网进行数据传输而设计 

上行信道：200kbps-10mbps 下行信道： 36mbps 类型：  

传输方式（双向对称传输和非对称式传输）

数据传输方向（单向，双向） 同步方式（同步和异步交换）

接入角度（个人 modem 和宽带多用户 modem） 

接口角度（外置式，内置式和交互式机顶盒）

无源光网络技术（APON）优点 系统稳定可靠 可以适应不同带宽，传输质量的要求

与 CATV 相比，每个用户可占用独立带宽不会发生拥塞 接入距离可达 20km—30km

802.11b 定义直序扩频技术，速率为 1mbps 2mbps 5.5mbps 11mbps   802.11a 提高到 54mbps

一、选择题

1．计算机网络从网络覆盖范围上,可以分为局域网、广域网与      。

A）物理网     B）城域网      C）分组交换网     D）高速网

2．城域网设计的目标是要满足几十千米范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求，以实现大量用户之间的多种信息传输的功能，这些信息的类型主要是文字、语音、图形与      。

A）视频     B）数据     C）路由信息       D）控制信息

3．计算机网络按照其覆盖的地理区域大小可分为      。

A）广域网、校园网、接入网                B）广域网、城域网、局域网

C）校园网、地区网、接入网                 D）电信网、校园网、城域网

4．下列说法中正确的是      。

A）通信子网是由主机、终端组成        B）资源子网是由网络节点和通信链路组成

C）通信子网主要完成数据和共享资源的任务

D）通信子网主要完成计算机之间的数据传输、交换、以及通信控制

5．以下关于广域网技术的叙述中，错误的是      。 

A）广域网技术研究的重点是核心交换技术

B）广域网技术的典型技术包括公共交换网PSTN，综合业务数字网ISDN，数字数据网DDN，X.25分交　换网，X.25分组交换网，帧中继网，异步传输模式ATM网，光以太网等 

C）帧中继网是基于点-点连接的窄带公共数据网        

D）异步传输模式ATM网的发展空间已经比较小

6．目前应用最广泛的局域网是      。

A）以太网          B）令牌环网             C）令牌总线网        D）对等网

7．下列有关局域网的说法中，正确的是      。

A) 令牌环网络是应用最广泛的局域网

B）以太网技术的发展方向是用共享介质方式取代交换方式

C）局域网维护较困难      

D）局域网提供数据传输速率、低误码率的高质量数据传输环境

8．以下有宽带城域网的说法中错误的是      。

A）宽带广域网指网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络

B）宽带广域网以TCP/IP协议为基础

C）宽带广域网对传输速率和服务质量要求不高

D）宽带城域网的建设给整个电信业的传输和服务业务都带来了重大影响

9．以下有关城域网结构的叙述中，正确的是      。

A）城域网网络平台采用层次结构

B）核心交换层解决的是“最后一公里”的问题

C）边缘汇聚层结构设计重点是可靠性、可扩展性与开放性

D）用户接入层进行本地路由、过滤、流量均衡及安全控制等处理

10．利用宽带城域网可以实现的业务有      。

A）高速上网业务       B）智能社区业务       C）远程医疗业务          D）以上全部

11．无线接入技术不包括      。

A）无线局域网技术     B）无线城域网技术     C）无线广域网技术  D）无线Ad hoc技术

12．以下有关数字用户线XDSL接入技术的说法中，错误的是      。

A）能够提供足够的带宽，满足人们对于多媒体网络应用的需求   B）性能和可靠性优势明显 

C）利用现有的电话双绞线与网络连接，比较经济       D）仅提供对称带宽特性

13．以下有关光纤同轴电缆混合网HFC的说法中，错误的是      。

A）HFC是一个双向传输系

B）利用HFC还可以实现电视会议、IP电话、视频点播等数据传输服务

C）利用HFC不会出现阻塞

D）电缆调制解调器Cabel Modem是一种专门为有线电视网络传输而设计的

14．“三网融合”指的是      。

A）电信通信网、电视通信网、邮政服务网融合

B）电视通信网、邮政服务网、计算机网络融合

C）电信通信网、电视通信网、计算机网络融合

D）电信通信网、计算机网络、邮政服务网融合

15．以下有关计算机网络系统硬件组成部分的说法中，错误的是      。

A）服务器是通过网络操作系统为网上工作站提供服务及共享资源的计算机设备

B）网络工作站是连接到网络上的计算机，又称客户机，用户主要是通过使用工作站为利用网络资源并完成自己的工作

C）终端本身不具备处理能力，不能直接在连接到网络上，只能通过网络上的主机与网络相连而发挥作用，常见的有显示终端、打印终端、图形终端等

D）网络互联设备：用于实现网络之间的互连，常见的有网卡、调制解调器等

 

二、填空题

1．计算机网络是指将多台具有独立功能的计算机，通过通信线路和通信设备连接起来，在网络软件的支持下实现数据通信和  【1】  的计算机系统。 资源共享

2．按覆盖的地理范围划分，计算机网络可以分为：局域网、 【2】 和广域网。 城域网

3．从计算机网络组成的角度来看，典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为两部分：  【3】  和   【4】 。 资源子网，通信子网

4．广域网是一种 【5】 网络。 公共数据网络

5．宽带城域网网络平台层次结构中   【6】   解决的是“最后一公里”的问题。接入层

 

三、分析题

1．计算机网络按照地理范围可分为不同的网络类型。

【问题1】在一个校园内组织内构建的网络属于什么网？

在一个校园内构建的网络属于局域网

【问题2】城市范围内将多个校园网连接起来形成什么网？

城市范围内将多个校园网互联构成城域网。多个城域网又通过路由器与光纤接入作为国家级或区域主干网的广域网。

【问题3】各种网络各有什么特点？

局域网的特点有：用于将有限范围内的各种计算机、终端与外部设备互联成网，能提供高数据传输速率、低误码率的高质量数据传输环境，一般易于建立、维护与扩展。覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；提供高数据传输速率（10Mb/s～10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。

城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；它的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；能实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；

广域网也称为远程网；覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；

 

2．信息高速公路的建设促进了电信产业的结构调整，出现了大规模的企业重组和业务转移，电信运营商纷纷把竞争的重点和大量的资金，从广域网的建设，转移到高效、经济、支持大量用户接入和持多种业务的城域网的建设之中。回答问题1到问题3。

【问题1】宽带城域网的网络平台采用什么样的结构，这种结构有何优越性。

宽带城域网网络平台采用层次结构。采用层次结构的优点是：结构清晰，各层功能实体之间的定位清楚，接口开放，标准规范，便与组建和管理。

从逻辑上，网络平台结构可以分为：核心交换层、边缘汇聚层与用户接入层。核心层连接多个汇聚层与主干网络，主要承担高速数据交换的能力，提供城市的带宽IP数据出口；汇聚层主要承担路由与流量汇聚的功能；接入层重点解决的是“最后一公里”的问题，主要承担用户接入本地流量控制的功能。实际应用中，根据当前数据交换量、接入的用户数量与业务类型等因素的要求，确定宽带城域网的结构与层次。 

 

【问题2】组建城域网的基本原则是什么？

与广域网、局域网相比，城域网的结构、服务更为复杂，其制约的关键在于各类接点的带宽管理与业务调度能力。要组建与成功运营一个宽带城域网要遵循的基本原则是：必须能够保证网络的可运营性、可管理性、可盈利性和可扩展性。

（1）可运营性：组建的网络一定是可运营的，必须能够保证系统提供724小时的服务，并却保证服务质量。首先要解决技术选择与设备选型问题，其核心与关键设备一定是电信级的。

（2）可管理性：必须要有足够的网络管理能力。表现在电信级的接入管理、业务管理、网络安全、计费能力、IP地址分配、QoS保证等方面。

（3）可盈利性：可盈利性要求组建宽带城域网必须定位在可以开展的业务上；要求能够区分高价值用户和普通用户，培育和构建合理的宽带价值链。 

（4）可扩展性：即组网的灵活性、对新业务与网络规模、用户规模扩展的适应性。这是由网络技术发展的不确定及网络需求的变化决定的。

【问题3】推动城域网的主要业务有哪些？

城域网发展的主要业务有：高速上网业务、网络互联业务、电子政务与电子商务业务服务、智能社区服务、网上教育与远程医疗服务、带宽与管道出租服务等。